Extração ultrassónica para a produção de leghemoglobina

Uma forma mais limpa, mais rápida e mais fácil de ampliar a escala para libertar a molécula que confere as características da carne aos alimentos de origem vegetal: a leghemoglobina – a proteína que contém heme responsável pelo aroma, pela cor e pelo sabor da carne – tornou-se uma das biomoléculas mais valiosas na indústria alimentar de produtos de origem vegetal. Tradicionalmente produzida por fermentação ou por processamento complexo a jusante, a extração de leghemoglobina tem continuado a ser dispendiosa e difícil de ampliar à escala industrial. O processamento por ultrassons altera inteiramente esta equação.
O processamento ultrassónico permite a libertação, dispersão e estabilização eficientes das proteínas de hemoglobina da soja, proporcionando uma via clara para a extração de leghemoglobina à escala industrial.

Porque é importante a leghemoglobina

A leghemoglobina é naturalmente abundante nos nódulos radiculares da soja e desempenha um papel biológico crucial na regulação do oxigénio. Nas aplicações alimentares, o seu grupo heme catalisa reações de formação de sabor durante a confeção, reproduzindo de perto as características da carne de origem animal. Os investigadores confirmaram que a leghemoglobina da soja mantém a ligação ao heme, a atividade peroxidásica e a digestibilidade, o que a torna um ingrediente alimentar viável e seguro.
O desafio nunca foi a funcionalidade – foi a extração eficiente e o processamento com possibilidade de ampliação de escala.
A extração ultrassónica aumenta o rendimento de leghemoglobina, preserva a funcionalidade do seu grupo heme e pode ser ampliada linearmente da escala laboratorial para a produção industrial, tornando-se um método altamente eficiente e robusto para produzir leghemoglobina para aplicações alimentares de origem vegetal.

Extração de leghemoglobina a partir de soja ou de biorreatores de E. coli

A leghemoglobina pode ser obtida de duas formas fundamentalmente diferentes, mas a produção industrial atual baseia-se na síntese microbiana em vez da extração direta da soja. Embora a leghemoglobina ocorra naturalmente em concentrações elevadas nos nódulos radiculares da soja, a extração direta das plantas é impraticável em grande escala devido aos baixos rendimentos recuperáveis, à variabilidade agrícola e à complexidade da purificação a jusante. Por conseguinte, a leghemoglobina é predominantemente produzida por biossíntese em microrganismos geneticamente modificados, mais frequentemente Escherichia coli ou leveduras, nos quais o gene da leghemoglobina da soja é introduzido e expresso em condições controladas em biorreatores. Estudos recentes demonstram que os sistemas baseados em E. coli, incluindo biorreatores com células e sem células, podem produzir leghemoglobina funcional da soja com a sequência correta de aminoácidos, ligação ao heme e atividade enzimática, tornando a síntese microbiana a via industrial preferida.
Os extratores ultrassónicos são adequados para a extração de leghemoglobina de ambas as fontes – nódulos radiculares da soja e biorreatores de E.coli.

Como os ultrassons melhoram a extração de leghemoglobina

O processamento ultrassónico funciona através da geração de cavitação acústica de alta intensidade em meios líquidos. Quando as bolhas microscópicas colapsam, produzem forças de cisalhamento localizadas que:

• Provocam a rutura das estruturas celulares vegetais e microbianas
• Libertam proteínas intracelulares, como a leghemoglobina
• Reduzem os agregados proteicos e melhoram a dispersão
• Aceleram a transferência de massa sem produtos químicos agressivos

Em sistemas laboratoriais controlados, já foi demonstrado que a sonicação desagrega os agregados de hemoglobina e reduz o tamanho das partículas em ordens de grandeza, preservando a funcionalidade das proteínas.

Isto é particularmente importante para a leghemoglobina, cuja agregação e dispersão irregular podem limitar o rendimento e a eficiência do processamento a jusante.

Do laboratório à fábrica: ampliação linear de escala com sonicadores industriais

Uma das maiores vantagens dos ultrassons é a possibilidade de ampliação linear de escala. Ao contrário da homogeneização mecânica ou da moagem em moinho de esferas, o aporte de energia ultrassónica aumenta diretamente com o volume de processamento. Isto significa que os parâmetros otimizados à escala de bancada – como a amplitude, a densidade de energia e o tempo de residência – podem ser transferidos de forma fiável para a escala piloto e de produção.

Os sistemas ultrassónicos industriais da Hielscher Ultrasonics são especificamente concebidos para este fim. Os seus sonicadores de alta potência e fluxo contínuo permitem:

• Extração em linha a partir de suspensões de soja
• Libertação reprodutível de proteínas à escala de quilogramas e toneladas
• Controlo preciso do aporte de energia (W/L)
• Funcionamento industrial 24/7 com materiais adequados ao contacto com alimentos

Estes sistemas permitem aos fabricantes passar sem dificuldades da I&D para a produção comercial sem reformular o processo.

Processamento mais limpo, melhor qualidade das proteínas

Outra grande vantagem da extração ultrassónica é a limpeza do processo. Os estudos indicam que os ultrassons podem reduzir a dependência de solventes agressivos ou de tratamento térmico excessivo, ambos com o risco de danificar o grupo heme ou desnaturar as proteínas.

Com um controlo adequado da temperatura, a sonicação preserva:

• A integridade do heme
• As propriedades de ligação ao oxigénio
• A digestibilidade em condições gástricas simuladas

Isto está bem alinhado com a procura da indústria por tecnologias de processamento sustentáveis e compatíveis com uma rotulagem simples.

O que isto significa para os alimentos de origem vegetal

À medida que a procura de carne de origem vegetal continua a aumentar, os fabricantes procuram formas de reduzir os custos e, simultaneamente, melhorar a uniformidade dos produtos. A extração ultrassónica oferece uma solução convincente:

• Rendimentos mais elevados a partir de matérias-primas de soja
• Tempos de processamento mais curtos
• Ampliação de escala previsível
• Menor complexidade operacional

Combinada com os reatores ultrassónicos de nível industrial da Hielscher Ultrasonics, esta tecnologia proporciona uma via direta para a produção comercialmente viável de leghemoglobina.

As evidências científicas corroboram agora o que os engenheiros de processos suspeitavam há muito: os ultrassons não são apenas uma ferramenta de laboratório – são um recurso de trabalho intensivo na indústria. Na extração de leghemoglobina da soja, o processamento ultrassónico proporciona eficiência, possibilidade de ampliação de escala e qualidade do produto numa única plataforma.

À medida que o setor alimentar de produtos de origem vegetal continua a aumentar a sua escala, a extração ultrassónica poderá tornar-se a tecnologia central que finalmente torna a produção de leghemoglobina mais rápida, mais limpa e economicamente sustentável.

A tabela abaixo dá uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores:

Conceção, fabrico e consultoria – qualidade fabricada na Alemanha

Os sonicadores Hielscher são reconhecidos pelos seus padrões de qualidade e conceção do mais alto nível. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração sem dificuldades dos nossos sonicadores em instalações industriais. Os sonicadores Hielscher lidam facilmente com condições adversas e ambientes exigentes.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e dá especial ênfase a sonicadores de elevado desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os sonicadores Hielscher estão em conformidade com a marcação CE e cumprem os requisitos de UL, CSA e RoHs.